路用水泥混凝土疲劳损伤的可靠度分析

为获得路用水泥混凝土在高应力比作用下疲劳可靠度的变化规律,首先推导了水泥混凝土疲劳寿命等单调随机变量的概率密度,然后推导了Miner, Chaboche Zhao和修正Chaboche Zhao疲劳损伤模型的损伤概率密度;借助疲劳试验结果,获得这3种模型的疲劳损伤概率密度函数,最后将荷载循环作用次数代入上述函数,从而获得水泥混凝土疲劳可靠度随荷载循环作用次数的变化规律.结果表明：随着荷载循环作用次数增加,相同应力比下,疲劳可靠度从几乎为100%逐渐衰减为0%;无论何种应力比,在荷载循环作用初期,疲劳可靠度均有一个较稳定阶段,但随着应力比的增加,该阶段逐渐减小,且可靠度为0%时对应的荷载循环作用次数也减小;在可靠度衰减阶段,对于相同荷载循环作用次数,应力比越高,则可靠度越低;此外,Miner疲劳损伤模型比修正Chaboche Zhao疲劳损伤模型偏安全.     

钢纤维混凝土疲劳损伤行为研究

研究了轴向压缩疲劳荷载作用下钢纤维混凝土的疲劳损伤演化行为，给出了描述该损伤行为演变规律的力学模型。     

2205双相不锈钢疲劳损伤声发射研究

2205双相不锈钢以其强度高、耐腐蚀、耐高温等优点成为桥梁结构的新兴材料,但其在疲劳荷载下的损伤问题对整体结构安全性能影响很大。为了明确2205双相不锈钢材料在疲劳荷载下的损伤发展情况,本文对3组相同矩形截面试件进行了三种不同应力比的拉伸疲劳损伤试验,同时进行声发射信号采集,通过声发射经历图分析探讨了声发射振铃计数及能量与试件裂缝发展程度的关系,并且采用裕度指标对试验过程进行了评估。结果表明,随着应力比的增大,声发射特征参数的循环周次有了一定的增长,且试件损伤进程放缓;同时裕度评价指标的变化范围逐渐减小,说明该指标可以较好地表征试件的疲劳损伤发展情况。基于试验和分析结果建立声发射累计振铃计数-疲劳裂纹长度的疲劳损伤模型,通过该模型得出的计算裂纹与实际裂纹发展趋势较为吻合。故本文研究成果可为2205双相不锈钢材料疲劳损伤检测和评估提供依据。     

混凝土结构疲劳全过程分析方法研究

为研究混凝土结构疲劳破坏的全过程，提出一种基于损伤力学的疲劳分析方法。该方法通过引入疲劳损伤本构模型以描述混凝土材料在疲劳荷载作用下的劣化过程。为提高计算效率，将本构模型与非线性有限元方法相结合，发展了一种循环跳跃式疲劳加速算法。基于该算法，结构的疲劳破坏过程可仅通过少量疲劳加载循环的计算加以推测。为保证算法精度，进一步提出基于损伤演化速率的自适应精度控制策略，使分析可根据疲劳损伤演化速率的变化自动调整加速算法的时间跳跃步长。采用该分析方法对混凝土材料与钢筋混凝土梁的疲劳破坏过程进行模拟，并与相关疲劳试验数据进行对比。结果表明：该分析方法可准确预测混凝土结构在疲劳荷载作用下的非线性行为，特别是疲劳加载过程中裂缝的产生和扩展过程；结合疲劳损伤本构模型和疲劳加速算法能够高效及准确地模拟混凝土结构的疲劳破坏全过程。     

混凝土多轴等幅疲劳性能研究

利用大型多轴疲劳试验机,进行了双轴拉-压、三轴拉-压-压等幅循环荷载作用下混凝土的疲劳性能研究.分析了不同侧压比、不同应力水平下混凝土的多轴等幅疲劳破坏形态、疲劳强度以及残余应变的变化规律,得到了应力水平-疲劳寿命(S-N)曲线及其表达式.结果表明:在等幅疲劳荷载下,混凝土多轴疲劳破坏形态与侧压比无关;残余应变呈三阶段发展规律,受侧压比影响较大,几乎与应力水平无关.定义相对残余应变为损伤变量,建立了损伤演变方程,为混凝土多轴等幅疲劳试验研究及疲劳损伤评价提供参考.     

钢纤维混凝土的抗压疲劳特性研究

研究了素混凝土和钢纤维混凝土在轴压疲劳荷载下的破坏机理.通过试验研究了钢纤维品种、纤维掺量、加载应力水平对疲劳寿命及能量吸收的影响规律;探讨了疲劳累积损伤的特性.研究表明:在较低的应力水平下,钢纤维混凝土的疲劳寿命、能量吸收值均比高应力水平时明显增大.     

混凝土双轴抗压疲劳损伤特性的超声波速法研究

对混凝土在双轴压疲劳荷载作用下超声波波速的变化规律进行了试验研究。结果表明，穿透混凝土试件自由面的横向波速随着荷载循环次数的增加而发生明显的3阶段衰减，即初始迅速衰减，稳定衰减与临近破坏的急速衰减3阶段，它们分别约占疲劳寿命的10％，80％和10％，而且受侧压水平及疲劳应力水平的影响。基于超声波速定义了损伤变量，建立了混凝土疲劳累积损伤的演化方程，最后提出了在实际工程中运用无损的超声检测法评定混凝土疲劳损伤与结构耐久性的一般方法。     

混杂纤维增强水泥基复合材料的疲劳损伤模型

研究了碳纤维、聚丙烯纤维增强混杂纤维混凝土（ＣＰＨＦＲＣ）材料在疲劳荷载作用下的损伤积累和演化规律，建立了相应的疲劳损伤模型，利用该模型对ＣＰＨＦＲＣ材料进行了寿命预测，该模型有较高的精度．     

半刚性基层材料疲劳损伤演化可靠度模型

本文借助损伤力学理论,推导了临界损伤值DC不等于1时,一维应力状态下的疲劳损伤演化模型,在假设材料疲劳寿命服从正态分布、以半刚性基层材料为例利用疲劳试验进行验证,并忽略裂纹扩展寿命的基础上,推导出了一个新的疲劳损伤演化可靠度模型。利用该模型可计算出具有任意可靠度p保障率下的损伤量值Dp,同时表明特定荷载下构件材料损伤量值D具有随机性与离散性,凭借利用传统确定性演化模型计算出的损伤量值D来判定构件的损伤程度,进而评估结构安全性的做法,可能导致损伤被低估而使得已然存在的危险事实被掩盖。     

混凝土疲劳特性与疲劳损伤后等效单轴本构关系

探讨了混凝土材料的疲劳损伤特性与损伤混凝土本构行为模拟的简化手段．以系统的普通混凝土单轴、双轴与三轴疲劳试验结果为基础,在我国《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）给出的单轴混凝土本构关系中引入损伤变量,建立了混凝土的等效单轴疲劳损伤本构关系．对试验结果的模拟分析表明,所建立的模型能有效模拟混凝土在高周疲劳过程中的强度和刚度衰减规律,为疲劳荷载作用下钢筋混凝土结构的承载力计算与剩余寿命评估提供了便利的手段．     

混凝土在长期持续荷载下的损伤分析

本文研究了混凝土在长期持续荷载下的徐变和损伤行为.通过比较混凝土在持续荷载的损伤与疲劳损伤的联系,假定持续荷载下混凝土的损伤速率和名义应力强度因子速率成正比,通过滑移裂纹模型考虑了混凝土裂纹扩展演化直至破坏的过程,分析了混凝土在持续荷载下的徐变变形行为和徐变破坏机理,在此基础上研究了不同持续荷载水平下混凝土的强度和变形行为,并分析讨论了加载龄期,强度对混凝土在持续荷载下的性能的影响.与试验结果对比表明,本文的模型可以较好地反映混凝土在持续荷载下的性能.     

Q690高强钢疲劳损伤后力学性能试验研究

服役结构材料疲劳损伤后的残余力学性能对结构可靠性的评估有着至关重要的作用。为此,对Q690高强钢经不同疲劳损伤后的残余力学性能进行了试验研究。根据Q690高强钢在不同疲劳荷载作用下的疲劳寿命,设定了3级疲劳荷载和9组损伤振动次数,并将Q690高强钢试件在各疲劳荷载下进行不同次数的预损伤疲劳振动。然后,对这些具有不同疲劳损伤的试件进行静力拉伸试验,观察试件的断裂模式并获得应力-应变曲线,对比分析具有不同疲劳损伤试件的屈服强度、抗拉强度和伸长率等力学性参数的变化规律。结果表明：Q690高强钢经疲劳损伤后的断口位置和截面形貌均发生明显变化;疲劳损伤后Q690高强钢在静力拉伸作用下的应力-应变关系曲线均无屈服平台,拉伸过程中出现位移不变、拉力突然减小的卸载现象,造成应力-应变关系曲线出现振荡;Q690高强钢的弹性模量受疲劳损伤影响相对较小,但是屈服强度、抗拉强度、伸长率、屈服应变和极限应变却随疲劳损伤增加而减小。根据试验结果,建立了Q690高强钢力学性能参数与疲劳损伤之间的拟合公式,利用该公式可对具有不同疲劳损伤的Q690高强钢结构的力学性能进行有效评估。     

近海风机筒型基础的疲劳损伤数值分析

针对近海风机筒型基础长期受到疲劳荷载作用的特点,结合实际工程,采用三维有限元软件ABAQUS混凝土损伤塑性模型对筒型基础进行在疲劳荷载工况下的损伤计算,并结合规范法对筒型基础的疲劳性能进行数值计算分析。结果表明,筒型基础局部最大损伤系数为0.2979,损伤系数较小,基础不会发生损伤开裂,基础整体结构抗疲劳性具有足够的安全储备。该方法为类似海上结构物的疲劳损伤计算提供了一些参考依据。     

纤维布加固混凝土梁的疲劳损伤研究

采用损伤理论建立了疲劳荷载作用下混凝土基体、钢筋以及纤维布材料的损伤模型和破坏准则,并利用分段性原理,对碳纤维布加固梁的疲劳损伤进行非线性计算,从而得到加固梁的疲劳寿命和破坏形式。计算结果与试验结果相近,表明该损伤模型及其计算方法的科学性。     

混凝土疲劳性能研究综述

从混凝土劈拉疲劳、疲劳损伤、黏结滑移本构模型三个角度总结了混凝土疲劳性能的研究进展，发现斜向配箍和加入钢纤维都可以提高混凝土的抗疲劳性能。比较了三种疲劳损伤理论，其中，概率疲劳损伤理论较符合实际，可以用来计算循环荷载下的损伤累计值，另外，对比分析了国内外几种可信度较高的黏结滑移本构模型，发现这些模型趋势大致相同，但峰值存在差异，并提出了引起差异的因素。     

基于并联假设的混凝土高温损伤本构模型

假设混凝土由一系列几何属性相同的结构微元并联而成,利用结构微元的随机断裂和高温软化模拟混凝土在力学荷载和温度荷载作用下的损伤机制,建立混凝土高温损伤本构模型;采用Mazars等效应变作为描述结构微元断裂破坏的强度判据,建立力学损伤演化方程;采用弹性模量随温度的变化反映高温作用下结构微元性能劣化的程度,建立热损伤演化方程;通过单轴压缩应力应变试验曲线和弹性模量随温度的变化曲线,给出了损伤演化方程中参数的求解方法。最后通过数值计算,得到了不同温度和围压作用下的应力应变关系。     

冻融损伤对混凝土疲劳性能的影响

采用快冻法将混凝土盐冻或水冻至不同损伤程度后进行弯曲疲劳试验。以相对动弹性模量为损伤变量,从损伤的角度分析冻融循环作用对混凝土疲劳寿命的影响,对疲劳试验数据进行威布尔分布检验,建立冻融损伤混凝土的疲劳方程。结果表明,在疲劳荷载相同的情况下,混凝土的真实应力水平随冻融损伤的增加而显著变大,疲劳寿命则急剧降低;在损伤度相同的情况下,盐冻对混凝土疲劳寿命的影响比水冻大;冻融损伤混凝土的疲劳寿命服从两参数威布尔分布,但其离散性要大于未损伤混凝土的离散性;当损伤混凝土与未损伤混凝土的真实应力水平相同时,两者的疲劳寿命基本接近;冻融损伤后混凝土的疲劳寿命与真实应力水平之间的关系可用未损伤混凝土的疲劳方程进行表示。     

再生混凝土单轴受压疲劳性能

完成再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土单轴受压疲劳试验,着重考察在疲劳荷载作用下的应变响应和疲劳损伤累积。基于文献中普通混凝土受压疲劳性能研究成果,对比分析再生混凝土与普通混凝土的疲劳性能差异,发现再生粗骨料附着老砂浆、再生混凝土中多界面等特点没有引起两种混凝土疲劳性能的显著区别。进一步研究残余应变和疲劳应变的变化情况,并对再生混凝土的疲劳模量与裂纹的扩展进行分析,建立疲劳失效过程与应变响应行为之间的关系,揭示再生混凝土的疲劳损伤演化过程。基于试验结果和连续损伤力学,提出一个再生混凝土损伤模型,可用来对再生混凝土疲劳性能进行理论和数值分析。     

锈蚀钢筋混凝土梁弯曲疲劳性能的材料——结构协同数值模拟研究

以路径依赖的率型混凝土本构模型为基础,采用多尺度有限元模拟方法 DUCOM-COM3,并结合试验对钢筋混凝土梁的静载、疲劳以及锈蚀疲劳耦合性能进行了分析研究。结果表明,路径依赖的混凝土本构模型能够更好地模拟复杂的往复荷载工况,同时通过多尺度建模可将锈蚀引起的材料损伤与疲劳荷载引起的结构损伤协同分析。针对无锈蚀适筋钢混梁的疲劳分析表明,其S-N曲线大致呈双线性模式。对于锈蚀钢混梁,其疲劳寿命随着锈蚀率增大而线性减小,且锈胀裂缝对于锈蚀构件疲劳寿命减小有着显著影响。若以锈蚀损伤后梁的承载力重新定义荷载等级,则锈蚀钢混梁的S-N曲线与无锈蚀S-N曲线接近。最后,结合数值分析和理论模型,对中低荷载水平下适筋钢混梁的疲劳破坏模式进行了机理性分析。     

多向侧压下混凝土受拉变幅疲劳试验及损伤研究

本文进行了混凝土分别在单、双向侧压作用下受拉变幅疲劳试验,得到了疲劳寿命和残余应变。根据循环应力-应变关系曲线定义了疲劳变形模量,利用疲劳变形模量比与循环次数关系,建立了损伤模型,并依据这一模型对损伤进行了估计和对剩余疲劳寿命进行了预测,结果是比较满意。